岩土工程基础知识之软土地基常用处理方法

岩土工程基础知识之软土地基常用处理方法

软土因其高含水量、强压缩性、低透水性、弱强度以及较长的时间才能达到稳定变形等工程特性，通常不适于直接用作天然地基。因此，必须对其进行加固处理，以减少道路路基在荷载作用下的沉降或是不均匀沉降现象。路基的沉降是造成路基变形及破坏的主要因素，故而软土地基的处理是否得当，不仅关系到工程的投资成本，更将直接影响到道路的使用效能及整体工程品质。针对软土地基的处理方法众多，不论选用哪一种，处理后的地基都必须达到一定的强度、变形控制、动力稳定性以及透水性标准，以确保在荷载作用下，道路路基的沉降或是不均匀沉降能够得到有效减小。软土路基的处理方式多样，且分类各异，其中较为常见的处理手段主要包括以下几点：

1.砂垫层法

砂垫层法涉及在软土地基表面铺设一层厚度介于0.6至1.0米的砂质垫层，其厚度需根据路堤高度、软土层厚度以及压缩性来具体确定。若垫层过厚，施工难度将增加；若过薄，则效果不佳。这种砂垫层充当软土层固结所需的上部排水层，旨在促进沉降的加快，从而缩短固结周期。同时，砂垫层还能作为路堤内部的地下排水系统，有助于降低堤内水位，改善重型机械在施工过程中的作业环境。

砂垫层施工便捷，无需专用器械，具备诸多优势。其应用范围主要包括：路堤高度不超过极限高度的两倍、软土表面存在透水性差的硬壳层、软土层较薄或具备双向排水设施、当地砂源充足、运输距离较短、工程工期不紧张的项目。

使用砂垫层时，应选用中砂或粗砂，并确保其级配合理。颗粒的不均匀系数需控制在5以下，同时其含量不应超过3%至5%。通常，砂垫层的铺设需借助自卸汽车和推土机进行，摊铺过程需保持均匀岩土工程基础知识之软土地基常用处理方法岩土工程基础知识之软土地基常用处理方法，并避免形成过大的集中载荷。若路堤由粉土类土壤构成且透水性不佳，砂垫层在路堤坡脚附近被覆盖，可能影响侧向排水，因此必须重视对砂垫层端部的处理。

在路堤建设期间，必须对填筑进度进行科学规划，确保填筑速度与地基承载力的提升速度相匹配，从而确保地基在施工过程中不会遭受损害。一般而言，可以通过在路堤中央埋设地面沉降监测板和在路堤边坡设置位移监测桩来实施施工监控，实时掌握地基在填筑过程中的变形状况及其发展趋势，以便评估地基的稳定性，进而调控填土速度。

2.强夯法

采用强夯技术加固软土地基，是通过重锤从高处落下产生的强大冲击波来使地基变得更加紧密。在这个过程中，产生的振动以波的形式在土壤中向地下扩散。特别是在饱和的无粘性土壤中软土地基特点，夯击可能会导致土壤液化现象，其密实化的过程与爆破和振动压实的过程有相似之处。关于饱和细粒粘土的作用尚无确切了解，既有成功案例也有失败案例被记录下来。对于此类饱和的细颗粒土壤，需要破坏其结构、引发超孔隙水压力以及形成山裂隙排水通道。

若把地基看作是具有弹性的板状结构，那么夯锤从高处自由落下的过程，实际上就是势能向动能转化的过程。在这个过程中，随着夯锤的下落，其势能逐渐减少，而动能则相应增加。当夯锤即将触地的一刹那，其势能的大部分已经转化为动能。当夯锤撞击地面时，这部分动能中的一部分以声波的形式向四周扩散，另一部分则因为夯锤与土体之间的摩擦而转化为热能。剩余的大部分冲击能则促使土体产生自由振动，这些振动以压缩波（亦称纵波）、剪切波（亦称横波）和瑞利波（亦称表面波）的形式，共同在地基内部传播开来，从而在地基中形成了一个波场。

此外，压缩波主要在液体介质中传播，导致孔隙水压力显著上升，并促使土壤颗粒发生位移，进而造成土体结构破坏。紧接着，剪切波进一步作用，使土壤颗粒排列更为紧密。其中，占总能量比例达67%的瑞利波，其垂直分量有助于松散土壤，而水平分量则有助于土壤的密实化。

3.换填法

换填技术涉及对地面以下较浅层段的松软土层进行挖掘，随后采用质地坚固、强度大、性能稳定且具备抗侵蚀能力的砂、碎石、卵石、普通土壤、灰土、煤渣、矿渣等材料进行分层填充。在此过程中，还需通过人工或机械手段进行分层压实、夯实、振动处理，以确保其达到所需的密实度，从而形成质量优良的人工地基。在基础土层薄弱且上层负荷不重的情况下，可以采用人工或机械手段（如填充材料或石质填充材料）对地表实施压实、夯实、振动等密实化处理，这样的做法同样能够达到换填加固地基的目的。

换填技术适用于对浅层地基进行加固，涵盖了诸如淤泥、淤泥质土壤、松散的素填土、混合填土以及已经完成自重固结的回填土等多种地基加固方法，同时还包括对暗塘、暗沟、暗渠等浅层结构的处理，以及对低洼地带的填筑工程。换填技术同样适用于多种特定地区的土壤处理：它能够消除膨胀土地基的膨胀收缩效应，对于湿陷性黄土基础，能有效去除其湿陷特性，在山区地基中，它能处理岩石的倾斜、破裂、不平整以及岩石与土洞等问题，而对于季节性冻土地基，则能消除冻胀力并防止冻胀造成的损害。

4.静力排水固结法

对天然地基实施静力排水固结法，通常涉及先在基础中布置砂井等垂直排水设施，接着通过建筑物自身的重量进行分阶段加载，或者在建筑物建设之前，对场地进行预先加载以实现预压。这一过程旨在促使土壤中的孔隙水排出，进而实现土体的逐步固结，导致地基沉降，并伴随强度的逐步增强。此方法能有效解决以下两个问题：

在加载预压阶段，即铺设路面之前，应确保地基沉降大部分或基本完成，以避免路面在使用过程中出现不利的沉降和沉降差异。

稳定性的关键在于：排水固结技术能够促进地基土壤抗剪强度的提升，进而增强地基的承载能力和稳定性；考虑到公路呈现条带状，其横向的受力面积相对较小，因此稳定性的问题显得尤为突出。

排水固结法是由排水与加压两个系统紧密组合而成的技术。其中，排水系统由竖向的排水体构成，这些排水体包括常规砂井、袋装砂井以及塑料排水板等；同时，还包括水平排水体，即砂垫层。而加压系统则涵盖了堆载法、真空法、地下水位降低法、电渗法以及联合法等多种方法。设置排水系统的核心目的是为了改变地基原有的排水边界条件，拓展孔隙水排出的通道，并缩短排水路径。加压系统充当着加固作用的负荷，其目的是为了提升地基土的固结压力，进而促使土体发生固结过程。

5.碎石桩法

采用一种能够产生水平振动的管状装置，在高压水流的冲击下进行振动和冲洗，于软弱粘土中形成孔洞，随后向孔洞内分阶段填充碎石等坚固物料，以此构建成一系列桩体。这些桩体由碎石桩和桩间土壤共同构成复合地基，有效提升了地基的承载能力，并降低了沉降幅度。这种加固地基的方法被称为振冲置换法或碎石桩技术。此技术源自于振冲技术对密实砂体的处理，其核心功能在于替换部分软弱土壤，构建出类似钢筋混凝土的复合结构。得益于其不受地下水位制约、成本较低以及能显著降低路基沉降的特点，这种方法在建设领域受到了越来越多的关注和重视。

碎石桩施工过程中的质量控制，实际上是对施工过程中所涉及的水源、电力供应以及材料使用的全面管理。在粘性土的施工质量控制方面，目前尚缺乏一套明确的规范可以参考，因此必须依托现场的实际试验，进行系统的综合分析，从而制定出科学合理的控制指标。

确保桩位中心轴线精准，并对桩底标高进行严格把控。振冲器尖端喷水中心与孔径中心的位置偏差需控制在5厘米以内。特别是桩底标高，在钻孔作业中必须精确测量，务必保证其高度符合设计要求。

确保孔洞质量，避免出现坍塌。在钻孔作业中，需严格按照规范调节水压、水量及灌注速率，每灌注约1米后，应将振动器提升并维持振动约5秒钟以扩大孔径。当孔深接近桩底标高时软土地基特点软土地基特点，需减小水压，以防止对桩底以下土层的破坏。在整个钻孔整修过程中，孔内必须保持水满状态，以此防止坍塌现象的发生。

振密工序对于碎石桩质量的保障至关重要，在完成造孔并清理孔洞之后，必须迅速开展填料振密作业。需严格把控填料的颗粒大小以及每批次的填料数量，颗粒大小以2cm至5cm，孔隙率最低的级配为佳。若粒径超过10cm，则极易导致振冲器卡住。务必遵循试验确定的振密电流及留振时间进行操作。

桩基施工完毕后，需对每根桩实施标准贯入测试，连续进行五次击打，若下沉深度不超过7厘米，则判定为合格。若连续五次击打中，有超过0.5米长的桩下沉量超过7厘米，或者累计长度超过1米的桩在间断击打中出现下沉量超过7厘米，则该桩基将被认定为不合格，并需采取加固措施。

该段地基处理工作完成后，随即启动填筑工程，以确保地基拥有足够的沉降时长。